/**
 * 线段树的存储结构是数组。从数组的索引来看这棵树可以看作是一颗像现实一样从树冠到根部生长的树，树冠为一个又一个的元素，和data数组一样。它们的父亲和祖先索引在树冠后面
 * @param <E>
 */
public class SegmentTree<E> {
    // 以数组的形式暂存数据
    private E[] data;
    // 使用data中的数据组成线段树
    private E[] tree;
    // 线段树内进行的运算
    private Merger<E> merger;

    public SegmentTree(E[] arr, Merger<E> merger) {

        this.merger = merger;

        data = (E[]) new Object[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            data[i] = arr[i];
        }
        tree = (E[]) new Object[4 * arr.length];
        buildSegmentTree(0, 0, arr.length - 1);
    }

    /**
     * 在treeIndex的位置创建表示区间[l...r]的线段树
     *
     * @param treeIndex
     * @param l
     * @param r
     */
    private void buildSegmentTree(int treeIndex, int l, int r) {
        if (l == r) {
            tree[treeIndex] = data[l];
            return;
        }

        int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
        int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);

        int mid = l + (r - l) / 2;
        buildSegmentTree(leftTreeIndex, l, mid);
        buildSegmentTree(rightTreeIndex, mid + 1, r);

        // 生成两个子树的父节点，如果是求和的线段树，则该节点表示左右子树的和
        // 这个地方的逻辑有点像后序遍历，先将左右子树递归完之后，然后操作父亲节点
        tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
    }

    public int getSize() {
        return data.length;
    }

    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= data.length) {
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal. ");
        }
        return data[index];
    }

    /**
     * 计算给定索引节点的左子节点的索引。
     * <p>
     * 本函数用于根据给定节点的索引，确定其在二叉树中的左子节点的索引。在某些数据结构中，如堆或二叉搜索树，
     * 节点的索引与其子节点的索引有固定的关系。这个函数就是基于这种关系，用于快速定位节点的左子节点。
     *
     * @param index 当前节点的索引
     * @return 左子节点的索引。如果当前节点没有左子节点，则返回值不合法，这取决于具体的应用场景如何处理这种情况。
     */
    private int leftChild(int index) {
        return 2 * index + 1;
    }

    /**
     * 计算给定节点的右子节点的索引。
     * <p>
     * 本函数用于根据给定节点的索引，确定其在二叉树中的右子节点的索引。
     * 假设二叉树的节点按照完全二叉树的方式存储，即索引为i的节点的左子节点索引为2*i+1，
     * 右子节点索引为2*i+2。这个函数专门计算右子节点的索引。
     *
     * @param index 父节点的索引
     * @return 右子节点的索引
     */
    private int rightChild(int index) {
        return 2 * index + 2;
    }

    /**
     * 返回区间[queryL，queryR]的值
     *
     * @param queryL
     * @param queryR
     * @return
     */
    public E query(int queryL, int queryR) {
        if (queryL < 0 || queryL >= data.length ||
                queryR < 0 || queryR >= data.length || queryL > queryR) {
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal. ");
        }

        return query(0, 0, data.length-1, queryL, queryR);
    }

    /**
     * 在以treeID为根的线段树中[l...r]的范围里，搜索区间[queryL...queryR]的值
     *
     * @param treeIndex
     * @param l
     * @param r
     * @param queryL
     * @param queryR
     * @return
     */
    private E query(int treeIndex, int l, int r, int queryL, int queryR) {

        if (l == queryL && r == queryR) {
            return tree[treeIndex];
        }
        int mid = l + (r - l) / 2;

        int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
        int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);

        if (queryL >= mid + 1) {
            return query(rightTreeIndex, mid + 1, r, queryL, queryR);
        } else if (queryR <= mid) {
            return query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, queryR);
        }

        E leftResult = query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, mid);
        E rightResult = query(rightTreeIndex, mid + 1, r, mid + 1, queryR);

        return merger.merge(leftResult, rightResult);

    }

    /**
     * 设置集合中指定位置的元素。
     *
     * 该方法旨在更新集合中某个指定位置的元素，将其替换为新的元素e。
     * 方法的实现应确保集合的大小不变，并且如果索引处于有效范围内，
     * 则更新集合中对应位置的元素。如果索引超出集合的范围，则应处理此情况，
     * 例如通过抛出异常来告知调用者。
     *
     * @param index 要设置的元素的位置，从0开始计数。
     * @param e 要设置的新元素。
     * @throws IllegalArgumentException 如果提供的索引超出了集合的有效范围。
     */
    public void set(int index, E e){
        if (index < 0 || index >= data.length){
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
        }

        data[index] = e;
        // 更新线段树，这里之所以用data的索引，是因为以后还需经过运算
        set(0, 0, data.length - 1, index, e);
    }

    /**
     * 更新指定索引位置的元素值。
     * 此方法用于将树索引为treeIndex的区间中，索引为index的位置的元素更新为e。
     * 区间[l, r]表示树索引treeIndex所代表的子树的范围。
     *
     * @param treeIndex 树的索引，表示当前操作的子树。
     * @param l 当前子树的左边界。
     * @param r 当前子树的右边界。
     * @param index 需要更新的元素在当前子树中的索引。
     * @param e 新的元素值。
     */
    private void set(int treeIndex, int l, int r, int index, E e) {
        if (l == r){
            tree[treeIndex] = e;
            return;
        }
        int mid = l + (r - l) / 2;
        int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
        int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);

        if (index >= mid + 1){
            set(rightTreeIndex, mid+1, r, index, e);
        }else {
            set(leftTreeIndex, l, mid, index, e);
        }

        // 更新线段树的父亲节点
        tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);

    }



    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("[");
        for (int i = 0; i < tree.length; i++) {
            if (tree[i] != null) {
                res.append(tree[i]);
            } else {
                res.append("null");
            }
            if (i != tree.length - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append(']');
        return res.toString();
    }
}
